(57)【要約】【課題】三次元空間内に設定されたサンプルゲートをユーザーが視覚的に認識できるようにし、特に、組織との関係において、サンプルゲートの位置、大きさ、形状などを把握できるようにする。【解決手段】３Ｄグラフィックデータには、サンプルゲートを示すゲートマーカーが含まれる。ゲートマーカーは、例えば円柱の形状で表現され、その長さ及び太さは、実際のサンプルゲートの長さ及び太さに応じて定められる。３Ｄグラフィックデータと３Ｄ超音波データとが空間的に合成された後に、その合成データがレンダリング処理され、これにより３Ｄ表示画像が構成される。【選択図】図２
2005095279.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体における三次元空間に超音波を送受波して得られた三次元超音波データを処理する超音波画像処理装置において、
前記三次元空間内に設定されるサンプルゲートを表すゲートマーカーを含む三次元グラフィックデータを生成する三次元グラフィックデータ生成手段と、
前記三次元超音波データと前記三次元グラフィックデータとに基づいて三次元画像を形成する三次元画像処理手段と、
を含み、
前記三次元グラフィックデータ生成手段は、前記ゲートマーカーの三次元形状を生成する手段であって前記サンプルゲートの設定情報に応じて前記ゲートマーカーの三次元形状を変更する形状生成部を有することを特徴とする超音波画像処理装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
前記サンプルゲートの設定情報には、ゲート長を表す情報が含まれ、
前記形状生成手段は、前記ゲート長を表す情報に応じて前記ゲートマーカーの長さを変更することを特徴とする超音波画像処理装置。
【請求項３】
請求項１記載の装置において、
前記サンプルゲートの設定情報には、ドプラビームの太さを表す情報が含まれ、
前記形状生成手段は、前記ドプラビームの太さを表す情報に応じて前記ゲートマーカーの太さを変更することを特徴とする超音波画像処理装置。
【請求項４】
請求項１記載の装置において、
前記形状生成手段は、前記サンプルゲートの深さに応じて前記ゲートマーカーの三次元形状のパターンを変化させることを特徴とする超音波画像処理装置。
【請求項５】
請求項４記載の装置において、
前記形状生成手段は、前記サンプルゲートの深さと送信フォーカス点の深さの位置関係に応じて前記ゲートマーカーの三次元形状のパターンを変化させることを特徴とする超音波画像処理装置。
【請求項６】
請求項１記載の装置において、
前記ゲートマーカーの三次元形状は、ドプラビームの方向に直交する断面が円形又は多角形であり且つドプラビームの方向に伸長した形状であることを特徴とする超音波画像処理装置。
【請求項７】
請求項１記載の装置において、
前記三次元画像処理手段は、
前記三次元超音波データと前記三次元グラフィックデータとを空間的に合成して三次元合成データを出力する合成手段と、
前記三次元合成データに対してレンダリングを行って前記三次元画像を形成するレンダリング手段と、
を含むことを特徴とする超音波画像処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波画像処理装置に関し、特に生体組織及びグラフィックを三次元的に表示する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波画像処理装置は、超音波診断装置内に組み込まれあるいは画像処理を行うコンピュータとして構成される。最近では、生体の三次元空間内から得られた三次元超音波データ（エコーデータ、ドプラデータ）から三次元画像を構築する様々な手法が提案されている。その手法としては、光の透過散乱モデルを基礎とするボリュームレンダリング法が公知である（例えば特許文献１参照）。そのボリュームレンダリング法としても様々なものが知られている。その他にも、三次元空間を二次元プレーン上にレンダリングする方法として、レイ（視線）に沿って積算を行う方法、レイに沿って最大値等を検索する方法、その他の投影法があり、それ以外にも三次元画像形成方法としてはサーフェイス法などが知られている。
【０００３】
三次元空間内においてサンプルゲート（サンプルボリューム）を設定し、そこから得られたドプラ情報を周波数解析し、その結果としてドプラ波形を形成する装置が下記特許文献２に開示されている。これは通常のドプラモードを三次元に拡張するものである。
【０００４】
【特許文献１】特許第２８８３５８４号明細書
【特許文献２】特開２００１−１９０５５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記特許文献２に記載された装置においては、サンプルゲートはある断面（任意切断面）上の単なる空間的な点としてしか表されていない。つまり、組織の三次元表現と同時にサンプルゲートを三次元表現すること、特に、組織とサンプルゲートについて奥行き方向の前後関係を空間的に表現すること、などについては一切配慮されていない。また、上記特許文献２に記載された装置では、サンプルゲートの実際の大きさや形状が変化してもそれを視覚的に認識できないという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、三次元空間内に設定されたサンプルゲートを表示画面上においてユーザーが視覚的に容易に認識できるようにすることにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、サンプルゲートの大きさや形状をユーザーが直感的に把握できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、生体における三次元空間に超音波を送受波して得られた三次元超音波データを処理する超音波画像処理装置において、前記三次元空間内に設定されるサンプルゲートを表すゲートマーカーを含む三次元グラフィックデータを生成する三次元グラフィックデータ生成手段と、前記三次元超音波データと前記三次元グラフィックデータとに基づいて三次元画像を形成する三次元画像処理手段と、を含み、前記三次元グラフィックデータ生成手段は、前記ゲートマーカーの三次元形状を生成する手段であって前記サンプルゲートの設定情報に応じて前記ゲートマーカーの三次元形状を変更する形状生成部を有することを特徴とする。
【０００９】
上記構成によれば、三次元超音波データと三次元グラフィックデータとに基づいて三次元画像が形成される。その三次元画像には、立体的に表現された組織像と立体的に表現されたグラフィックとが含まれる。そして、グラフィックには、サンプルゲートを表すシンボルとしてのゲートマーカーが含まれる。そのゲートマーカーの三次元形状は、三次元空間内に設定されるサンプルゲートについての設定情報に応じて可変設定される。よって、表示されたゲートマーカーの観察により、組織との空間的な関係を把握しつつ、サンプルゲートの状態（例えば位置、大きさ、形など）を把握することが可能となる。ゲートマーカーの三次元形状は、実際のサンプルゲートの形状を忠実に再現するのが理想的であるが、実際のサンプルゲートの形状と近時関係あるいは相似関係にあるゲートマーカーを表示してもよい。その場合において、設定情報が変更されると、ゲートマーカーの表示態様も変更される。よって、サンプルゲートを画一的な点として表現する場合には得られない有益な情報を提供できる。
【００１０】
三次元超音波データを構成する各ボクセルデータは、エコーデータ（組織データ）又はドプラデータ（血流データ）である（それらの両方であってもよい）。三次元グラフィックデータは、通常、グラフィック部分とそれ以外の余白部分とで構成される。ここで、余白部分は表示画像に反映されない部分であり、グラフィック部分は表示画像上に反映されるように値付けされた部分である。三次元画像処理の方法としては各種の公知の手法があげられ、空間合成及びボリュームレンダリング処理を採用するのが望ましいが、それ以外にも各種の手法を用いることができる。ゲートマーカーの三次元形状を生成する処理はソフトウエア処理として実現するのが望ましいが、ハードウエアによる処理、それらの両者の組合せであってもよい。
【００１１】
望ましくは、前記サンプルゲートの設定情報には、ゲート長を表す情報が含まれ、前記形状生成手段は、前記ゲート長を表す情報に応じて前記ゲートマーカーの長さを変更する。この構成によれば、ユーザー設定によりあるいは自動的にゲート長が変更されると、ゲートマーカーの長さも変更されるので、ユーザーは表示態様の変更からゲート長の変更を視覚的に確認、認識することができる。
【００１２】
望ましくは、前記サンプルゲートの設定情報には、ドプラビームの太さを表す情報が含まれ、前記形状生成手段は、前記ドプラビームの太さを表す情報に応じて前記ゲートマーカーの太さを変更する。この構成によれば、ユーザー設定によりあるいは自動的にドプラビームの太さ（サンプルゲートの断面サイズ）が変更されると、ゲートマーカーの太さも変更されるので、ユーザーは表示態様の変更からサンプルゲートの断面サイズの変更を視覚的に確認、認識することができる。ドプラビームの太さを表す情報は、ドプラビームのビームプロファイル（ビームパターン）から、サンプルゲートの深さに基づいて特定するようにしてもよい。
【００１３】
望ましくは、前記形状生成手段は、前記サンプルゲートの深さに応じて前記ゲートマーカーの三次元形状のパターンを変化させる。望ましくは、前記形状生成手段は、前記サンプルゲートの深さと送信フォーカス点の深さの位置関係に応じて前記ゲートマーカーの三次元形状のパターンを変化させる。この構成によれば、ゲートマーカーの形状から送信フォーカス点とサンプルゲートとの間の位置的関係を把握できる。
【００１４】
望ましくは、前記ゲートマーカーの三次元形状は、ドプラビームの方向に直交する断面が円形又は多角形であり且つドプラビームの方向に伸長した形状である。例えば、円柱、円錐、角柱、角錐、楕円球などの模擬形状をあげることができる。
【００１５】
望ましくは、前記三次元画像処理手段は、前記三次元超音波データと前記三次元グラフィックデータとを空間的に合成して三次元合成データを出力する合成手段と、前記三次元合成データに対してレンダリングを行って前記三次元画像を形成するレンダリング手段と、を含む。
【００１６】
上記構成によれば、三次元超音波データに対して三次元グラフィックデータが合成された後に（つまり埋め込まれた後に）、レンダリングを行って表示画像を形成できるので、組織とグラフィック要素とを空間的に融合させて、両者を奥行き感をもって立体的に自然に表現できる。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、本発明によれば、三次元空間内に設定されたサンプルゲートを表示画面上でユーザーが視覚的に容易に認識できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１には、本発明に係る好適な実施形態の原理が概念的に示されている。（Ａ）に示す三次元超音波データ（３Ｄ超音波データ）１０は、生体内における三次元空間において取り込まれたエコーデータによって構成される。この３Ｄ超音波データ１０は、三次元空間内における各座標に対応付けられた複数のボクセルデータによって構成される。３Ｄ超音波データ１０は後述する３Ｄメモリが有する三次元記憶空間に格納され、その３Ｄメモリ上の各アドレスが三次元座標に対応付けられる。三次元座標は直交座標であってもよいし、極座標であってもよい。各エコーデータは検波後のデータであってもよいし、ＲＦ信号としての生データであってもよい。
【００２０】
図１に示す例では、３Ｄ超音波データ１０は、心臓のデータに相当している。ここで、符号１２が心臓の内膜面を表しており、符号１４が心臓内における弁を表している。心臓の計測に当たっては、ボリュームデータを各時刻ごとに取り込んでリアルタイム観測を行うこともできる。ちなみに、以下の説明では心臓を例にとるが、生体組織としては心臓の他に肝臓などの他の臓器をあげることができる。
【００２１】
３Ｄ超音波データ１０に対するレンダリング処理に先立って、その３Ｄ超音波データ１０に対して、３Ｄグラフィックデータ１６が合成される。すなわち、３Ｄ超音波データ１０に対して１又は複数のグラフィック要素が埋め込まれる。
【００２２】
３Ｄグラフィックデータ１６は、図１に示す例において、ドプラ情報を計測するためのグラフィック部分１６Ａと、三次元空間に設定される複数の断面（切断面）の位置など表すグラフィック部分１６Ｂとで構成される。グラフィック部分１６Ａは、設定情報２７に基づいて生成され、ドプラ計測を行っているビーム方位を表す方位マーカー１８と、サンプルゲート（サンプルボリューム）に相当するゲートマーカー２０と、を含んで構成される。方位マーカー１８は、直線的なラインによって表現されており、ゲートマーカー２０は図１に示す例において方位マーカー１８を中心軸とする細長の円筒図形として表されている。ちなみに、そのゲートマーカー２０に相当するデータは、円筒の輪郭のみを表すラインデータであってもよいし、円筒の表面のみ表す表面データであってもよいし、あるいは、中身が詰まった円筒を表す中実データであってもよい。
【００２３】
上記の設定情報２７は、サンプルゲートに関する設定情報、各断面に関する設定情報などを含み、前者のサンプルゲートに関する設定情報には、ドプラビーム方位、サンプルゲート深さ、サンプルゲート長、サンプルゲートサイズ（断面サイズ）などを特定するための各種の情報が含まれる。すなわち、そのような設定情報に基づいて、サンプルゲートを表すゲートマーカーの三次元形状が生成され、またそれが変更される。これに関しては後に図２、図５乃至図１０を用いて詳述する。
【００２４】
ドプラ情報を抽出するためのドプラビーム方位は、ユーザーによって任意に設定することが可能であり、そのユーザー設定に連動して、方位マーカー１８の角度や位置が変化する。この場合、ユーザーによって設定されたマルチ断面（トリプレーン）の交点座標としてサンプルゲート中心位置を間接的に定義してもよいし、任意断面上にサンプルゲート中心位置をユーザーにより直接的に指定させてもよい。サンプルゲート中心位置の座標が決定されれば、送受波原点からサンプルゲート中心位置を通過する方位としてドプラビーム方位を自動的に設定できる。もちろん、ドプラビーム方位をユーザーによって直接指定させてもよい。一方、サンプルゲートについても、上述したように、ユーザーによって、三次元空間内において任意の位置及び任意のサイズで設定することが可能であり、そのようなユーザーの設定に対応して、ゲートマーカー２０の位置や形態が変化する。
【００２５】
グラフィック部分１６Ｂは、本実施形態において３つの断面を表す３つのプレーンマーカー２４Ｆ、２４Ｔ、２４Ｓを有している。各プレーンマーカーは三次元空間上において四角形のラインとして構成されている。３つの断面が直交関係にあるトリプレーンである場合には、３Ｄグラフィックデータ１６においても３つのプレーンマーカー２４Ｆ，２４Ｔ，２４Ｓがデータ空間上において直交することになる。任意断面が設定される場合には、そのような任意断面を表すプレーンマーカーがグラフィックデータの１部に含まれる。
【００２６】
本実施形態においては、グラフィック部分１６Ｂを構成するグラフィック要素として、上述したものの他に、サンプルゲートの中心点を表す中心点マーカー２２及びその座標を表す補助ラインマーカー２６も含まれている。これ以外にも、３Ｄグラフィックデータ１６を構成するグラフィック要素としては各種のものをあげることができる。
【００２７】
なお、３Ｄグラフィックデータ１６がグラフィック部分１６Ａのみを有していてもよく、その場合において、断面を表すグラフィック要素などについては、レンダリング後の表示画像に対してオーバーレイの形式で重ねて表示するようにしてもよい。
【００２８】
本実施形態においては、符号２８で示すように、実際に計測された３Ｄ超音波データ１０と人工的な３Ｄグラフィックデータ１６とが空間的に合成され、すなわち上述したように３Ｄ超音波データ１０に対して３Ｄグラフィックデータ１６における各グラフィック要素が埋め込まれる。この場合において、３Ｄグラフィックデータ１６におけるグラフィック要素以外の余白部分については、基本的にデータ合成にあたって寄与しない。もちろん、そのような余白部分をオフセット情報として利用することも可能である。
【００２９】
また、符号２８で示すように、３Ｄ超音波データ１０と３Ｄグラフィックデータ１６とが空間的に合成された後、例えばボリュームレンダリング法などの投影法を用いて、三次元空間を通過する各レイ（視線）上のボクセルデータ列に対して逐次的にボクセル演算が実行され、各レイごとに画素値が求められ、それが二次元プレーン上にマッピングされる。これによって、（Ｃ）に示すように、組織及びグラフィック要素が立体的に表現された３Ｄ画像３０が構成される。この３Ｄ画像３０は、組織３６を立体的に表現し、またグラフィック要素を立体的に表現したものであり、本実施形態においては特に心臓における弁との関係においてサンプルゲートの位置や両者の位置的関係を空間的にかつ直感的に認識することが可能である。
【００３０】
図１に示す例では弁の開口部にサンプルゲートが設定されている様子が立体的に表現されている。また、超音波パルスドプラ法によりドプラ観測を行っているドプラビーム方位については方位マーカー３４から直感的に認識することが可能である。
【００３１】
以上のような空間的合成後のレンダリングによれば、グラフィック要素についても組織のデータと同様にレンダリングがなされるため、あたかも組織中にマーカーに相当するような人工物が存在しているかのような奥行き感ある画像を構築できるという利点があり、単純にオーバーレイによって各マーカーを表現した場合に、生ずる不自然さあるいは前後関係の認識の困難さといった問題を解消することが可能である。
【００３２】
また、図１に示した例では、３つの断面についてもプレーンマーカーがレンダリングされているため、組織との関係において、各断面相互の位置的関係や断面間の交差関係を容易に認識することができる。特に、レンダリングされたゲートマーカー３２及び方位マーカー３４から、弁の開口に対して、サンプルゲート等が適正な空間的位置に設定されたか否かを容易に確認できる。
【００３３】
更に、本実施形態では、実際のサンプルゲートの形状を反映させた形状でゲートマーカーを表示できるので、そのようなゲートマーカーの視覚的な観察を通じて、組織との関係において三次元空間内に設定されたサンプルゲートの様子を確認、認識することができる。
【００３４】
ちなみに、レンダリング後の表示画像においては、血流部分についてはその輝度が軟組織に比べて低いために透明部分のように表現され、また、そのような表現がなされるように、ボリュームレンダリング法におけるオパシティ関数を適宜設定するのが望ましい。また、ボリュームレンダリング法において各グラフィック要素が高輝度で表現されるように、あらかじめグラフィック要素について大きなボクセル値を与えておくのが望ましい。例えば、３Ｄ超音波データ１０と３Ｄグラフィックデータ１６との間で階調（ビット数）を同じにする場合には、３Ｄグラフィックデータについてはグラフィック部分のボクセル値を最高輝度に設定し、余白部分のボクセル値を輝度ゼロに設定しておいてもよい。また、ゲートマーカー２０や方位マーカー１８などについては、白黒組織に対して視認性を向上するために着色を施すようにしてもよい。その場合には、Ｒ，Ｇ，Ｂのそれぞれごとに合成演算及びレンダリング処理を行う。
【００３５】
図２には、本発明に係る超音波画像処理装置としての超音波診断装置がブロック図として示されている。この超音波診断装置は、図１に示した空間合成機能を具備しているものである。３Ｄプローブ４０は、例えば二次元的に配列された複数の振動素子からなる２Ｄアレイ振動子を有している。２Ｄアレイ振動子によって超音波ビームが形成され、その超音波ビームを二次元走査することによって、生体内に三次元エコーデータ取込空間（三次元空間）が形成される。超音波ビームの電子走査方式としては電子セクタ走査などをあげることができる。１Ｄアレイ振動子を機械的に走査し、これによって三次元空間を構築するようにしてもよい。
【００３６】
送受信部４２は、送信ビームフォーマー及び受信ビームフォーマーとして機能する。送受信部４２は、複数の送信信号を一定の遅延関係をもって複数の振動素子へ供給する。これによって送信ビームが形成される。また、複数の振動素子から出力される受信信号に対して整相加算処理することにより整相加算後の受信信号を生成している。すなわち電子的に受信ビームを形成している。ちなみに、三次元空間全体のビーム走査を行いながら、超音波パルスドプラ法に基づくドプラ計測を同時に行う場合には、超音波ビームの二次元走査を行いながら間欠的に特定の方位に対してドプラ観測用の超音波ビームが形成される。そのような送受信シーケンスは後述する制御部７８によって制御される。送受信部４２から出力される整相加算後の受信信号はボクセルデータとして３Ｄメモリ４４に格納される。そのような３Ｄメモリ４４への書き込みに先立って、必要に応じて、受信信号に対して検波処理、対数圧縮処理、ノイズ除去処理、座標変換処理などの信号処理を行うようにしてもよい。
【００３７】
もちろん、座標変換前の形式でボクセルデータを３Ｄメモリ４４に格納するようにしてもよい。３Ｄメモリ４４には、図１の（Ａ）に示した３Ｄ超音波データが格納される。３Ｄメモリ４４は、三次元空間に対応するデータ空間を有しており、３Ｄメモリ４４のアドレスは三次元座標に対応する。
【００３８】
一方、ドプラビーム方位において超音波ビームを繰り返し形成することによって取得された受信信号は、送受信部４２からゲート回路６５を介してドプラ演算部６６へ出力される。ゲート回路６５は、設定されたサンプルゲート内に存在する受信信号を切り出し、その信号をドプラ演算部６６に出力している。ドプラ演算部６６は、従来同様に、入力された信号に対して直交検波処理やＦＦＴ演算（周波数解析演算）などを実行し、これによってドプラ情報から血流の速度スペクトルを得ている。それを表す情報は後述する表示処理部６８に設けられたドプラ波形形成部７４に出力されている。
【００３９】
データ処理ユニット４６は、ソフトウエアの機能としてあるいはハードウエアの機能として実現され、本実施形態において、３Ｄグラフィックデータ生成部４８、グラフィック画像生成部５０，５２を有している。
【００４０】
３Ｄグラフィックデータ生成部４８は、図１（Ｂ）に示した３Ｄグラフィックデータ１６を生成するモジュールである。具体的には、３Ｄグラフィックデータ生成部４８は、制御部７８から提供された設定情報としてのサンプルゲート情報に従ってサンプルゲートを表すゲートマーカーを生成する機能と、制御部７８から提供された設定情報としての断面情報に従って各断面を表すプレーンマーカーを生成する機能とを有している。図１においては、特に前者の機能に関連するゲート形状生成部４９が機能ブロックとして示されている。
【００４１】
ゲート形状生成部４９は、後に図６を用いて説明するように、サンプルゲート情報を構成するドプラビームの太さ（つまりサンプルゲートの太さ）を表す情報、サンプルゲート長を表す情報、その他の情報に基づいて、サンプルゲートの三次元形状（ゲート形状）を生成する。このように生成されたゲート形状を三次元空間内の特定の位置に特定のスケールで埋め込むことによって、３Ｄグラフィックデータの要素としてのゲートマーカーが構成される。その埋め込みの際には、ドプラビーム方位、サンプルゲート深さ、などの情報が参照される。それらの情報は、サンプルゲート（の中心位置）の三次元座標とゲート形状の埋め込み姿勢（三次元傾き角度）を特定する情報である。ゲート形状生成部４９が三次元空間内にゲートマーカーを直接的に生成するようにしてもよい。
【００４２】
なお、各断面を表すプレーンマーカー及びその他のグラフィック要素についても、上記同様に、制御部７８から渡された設定情報に基づいてグラフィック要素として生成される。
【００４３】
上記のように、３Ｄグラフィックデータ生成部４８によって生成された３Ｄグラフィックデータは、３Ｄグラフィックデータ生成部４８から３Ｄメモリ５４へ出力され、その３Ｄメモリ５４には３Ｄグラフィックデータが格納される。この３Ｄメモリ５４は、上述した３Ｄメモリ４４と同様に、三次元空間に対応したデータ空間を有しており、そのアドレスは三次元座標に対応付けられている。本実施形態において、３Ｄ超音波データと３Ｄグラフィックデータはともに三次元空間に対応し、これと同様に、３Ｄメモリ４４と３Ｄメモリ５４も同じアドレス空間を有している。すなわち、２つの３Ｄメモリ４４，５４に対して、アドレスを共通に指定すると、そのアドレスに対応づけられた三次元座標に与えられた２つのボクセルデータが読み出されることになる。
【００４４】
データ処理ユニット４６におけるグラフィック画像生成部５０は、図１の（Ｃ）に示した３Ｄ画像（すなわち表示画像）にオーバーレイされるグラフィック画像を生成している。たとえば、そのような合成処理により、断面の位置を表すプレーンマーカーをレンダリング後に合成することが可能となる。グラフィック画像生成部５２は、３つの断面に対応する３つの断層画像に対して合成される３つのグラフィック画像を生成している。
【００４５】
前処理部５６は、必要に応じて設けられ、３Ｄメモリ４４から出力されるボクセルデータに対して、レンダリングに先立ってデータ加工が必要な場合に、一定機能を発揮する。例えば、血流相当のボクセルデータについて値をゼロにするあるいは低くするなどの処理を行ってもよい。
【００４６】
合成演算部５８は、図１を用いて説明したように、３Ｄ超音波データと３Ｄグラフィックデータとを空間的に合成するデータ演算を実行する。その合成として各種のものをあげることができ、例えば最大値抽出法、加算法、平均化法などを用いることができる。
【００４７】
例えば最大値法においては、ある三次元座標ｉ，ｊ，ｋが指定された場合において、３Ｄメモリ４４から出力されるボクセルデータｅ（ｉ，ｊ，ｋ）で表し、３Ｄメモリ５４から出力されるボクセルデータ、ｍ（ｉ，ｊ，ｋ）で表した場合に、以下のような演算が実行される。
【００４８】
ｙ（ｉ，ｊ，ｋ）＝ＭＡＸ｛ｍ（ｉ，ｊ，ｋ），ｅ（ｉ，ｊ，ｋ）｝・・・（１）
【００４９】
すなわち、最大値法では、２つのボクセルデータの内で大きい方のデータが合成データｙ（ｉ，ｊ，ｋ）として選択される。
【００５０】
一方、加算法が用いられる場合には、以下の演算が実行される。
【００５１】
ｙ（ｉ，ｊ，ｋ）＝ＡＤＤ｛ｍ（ｉ，ｊ，ｋ），ｅ（ｉ，ｊ，ｋ）｝・・・（２）
【００５２】
上記の演算式を用いる場合において、ｙの値が最大の階調すなわち最大値を越える場合には、その値をメモリの最大値に置き換えるなどの処理がなされる。平均値法が用いられる場合には、２つのボクセルデータの平均値が演算されることになる。重み付け加算や重み付け平均などを行ってもよい。
【００５３】
上記の（１）式を用いた演算によれば、表示画像上において、組織中にゲートマーカーが埋め込まれたような画像を構築することが可能となり、上記の（２）式に示した演算を行えば、例えば生体組織中においてゲートマーカーが半透明で挿入されたような画像を構築することが可能となる。したがって、複数の合成条件を用意しておいて、ユーザーの選択によりあるいは各種の条件に応じてそのような複数の合成方法の中からいずれかの合成方法を選択して適用するようにしてもよい。また、そのような演算条件を各種パラメータに応じて適応的に可変してもよい。
【００５４】
図２に示す３Ｄメモリ６０には、合成演算された合成データが格納される。この３Ｄメモリ６０も上記の３Ｄメモリ４４,５４と同様のメモリ空間を有している。
【００５５】
レンダリング部６４は、例えば上記で説明したボリュームレンダリング法に基づいて各レイごとにそのレイ上に存在する個々のボクセルデータに対して透過光量の演算を逐次的に実行し、その結果として、各レイごとに画素値を決定している。レンダリングの手法としては、そのようなボリュームレンダリング法以外においても各種の手法を用いることができ、例えば最大値法、積算法などの投影法を用いるようにしてもよい。また、場合によってはサーフェイスレンダリング法などを用いることも可能である。レンダリングによって生成された画像データは、表示処理部６８に設けられた画像合成部７２に出力されている。
【００５６】
マルチ断層画像形成部６２は、ユーザーによって設定された互いに直交する３つの断面に相当するボクセルデータを３Ｄメモリ４４から読み出して、それぞれの断面に相当する断層画像（Ｂモード画像）を形成し、その画像データを画像合成部７０に出力している。ここで、表示処理部６８は、上述した画像合成部７０，画像合成部７２及びドプラ波形形成部７４を有している。画像合成部７０は、上述のように形成された３つの断層画像に対してグラフィック画像生成部５２によって生成された３つのグラフィック画像を合成している。
【００５７】
画像合成部７２は、三次元空間を表す三次元超音波画像（表示画像）に対して、グラフィック画像生成部５０が生成したグラフィック画像を合成している。そのようなグラフィック画像には例えばテキストや記号あるいは座標系などを表すラインが含まれてもよい。ドプラ波形形成部７４は、ドプラ演算部６６から出力される周波数解析後の情報に基づいて公知のドプラ波形を形成するモジュールである。ドプラ波形における横軸は時間軸であり、その縦軸はドプラ変位周波数すなわち血流速度を表す。また、ドプラ波形上における各画素の輝度はパワーに相当する。
【００５８】
表示部７６においては、上述のように形成される各画像が同時にあるいは選択的に表示される。
【００５９】
制御部７８は、図２に示される各構成の動作制御を行っており、制御部７８には操作パネル８０が接続されている。操作パネル８０はトラックボールやキーボードなどを有し、その操作パネル８０を利用して、ユーザーによりサンプルゲートの位置やサイズ、各断面の位置などを自在に設定することが可能である。その場合においては、三次元画像及び３つの断層画像を表示させながら、リアルタイムで断面位置を調整するようにしてもよい。
【００６０】
図３には、図２に示した表示部７６に表示される画像の一例が示されている。この図３に示す例では、表示画面８２上において、３つの断面に相当する３つの断層画像（トリプレーン画像）８４，８６，８８と、三次元画像（３Ｄ画像）３０とが同時に表示されている。断層画像８４は、、三次元空間を上方から流れた場合における所定深さにおける切断面を表しており、断層画像８６は三次元空間を横方向から見た場合における所定深さにおける切断面を表しており、断層画像８８は三次元空間を正面から見た場合におけるある深さの切断面を表している。上方、横方向、正面は便宜上のもので任意に定義できる。各断層画像にはサンプルゲート中心位置を表すポイントマーカー９４が表されており、またサンプルゲート中心位置の三次元座標を表すためのガイドライン９２も表示されている。サンプルゲート中心位置に各断面の位置を合致させれば、ガイドラインはある断面上における他の２つの断面の位置を表すものとなる。これに関して、３つの断面の位置をユーザー設定させ、それらの交点をサンプルゲート中心位置として自動的に認識させるようにしてもよい。そして、サンプルゲート中心位置を通過する方向としてドプラビーム方位を自動的に設定させるようにしてもよい。
【００６１】
三次元画像３０においては、上述したように組織が立体的に表現され、同時に、その組織との関係においてゲートマーカー３２及び方位マーカー３４が表現されている。さらに、各断面の位置を表すプレーンマーカー等も表示されている。
【００６２】
したがって、本実施形態においては、３Ｄ超音波データをそのままレンダリングするのではなく、そのレンダリングに先立って３Ｄグラフィックデータの空間的合成すなわち埋め込みがなされているため、人工的なグラフィック要素があたかも実際に存在しているような感覚を生じさせる三次元画像を構築することが可能である。すなわち、例えば心臓の弁との関係において、奥行き感をもってサンプルゲート位置を確認できるという利点がある。
【００６３】
また、ゲートマーカー３２は、実際のサンプルゲートの位置及び形態を反映したものとして表現されているので、表示画像から、組織との空間的関係をもって、サンプルゲートの位置、大きさ、太さなどを直感的に認識できる。ちなみに、実際のサンプルゲートのサイズが非常に小さく、それをそのままのスケールで表示した場合には、表示画像上でその表示態様が小さ過ぎて観察上支障が生じるようであれば、実際のサンプルゲートよりも大きなサイズをもってつまり誇張してゲートマーカーを表示するようにしてもよい。その場合でも、サンプルゲートの長さや太さの変化に連動して、表示されたゲートマーカーの長さや太さが変化すれば、ユーザーの認識上あるいは設定上の便宜を図れるという利点がある。なお、サンプルゲートの設定情報が不変であっても、表示倍率を変化させた場合には画像スケールが変化し、それに伴ってゲートマーカーなどの表示スケールも変更される。
【００６４】
図４に示す表示例においては、上述した三次元画像３０と共にドプラ波形１００が示されている。このドプラ波形１００はサンプルゲート内から得られたドプラ情報に基づいて作成されるものである。
【００６５】
次に、図５乃至図１０を用いてゲートマーカーの生成について詳述する。
【００６６】
既に説明したように、本実施形態では、三次元空間において、ゲートマーカーが円柱の形状で表現されている。図５に示すように、円柱の三次元形状は長さｌと半径ｒとで特定できる。ここで、長さｌはゲート長に相当し、半径ｒはビーム太さに相当する。なお、Ｌは円柱の中心軸を示しており、Ｐは円柱の中心位置を示している。
【００６７】
図６には、ゲートマーカーの生成プロセスの一例が概念図として示されている。ドプラビームの太さ（１２０）及びゲート長（１２２）に応じて、ゲート形状が生成される（１２４）。そのゲート形状は三次元空間内に埋め込まれるが（１３２）、その場合、その埋め込み座標及び埋め込み姿勢を決定するために、ドプラビーム方位（１２８）及びその方位上におけるサンプルゲート深さ（１２９）が参照される。また、計測分解能（倍率）及び表示分解能（倍率）を表すスケール情報（１２６）が参照され、それに従ったスケールでゲート形状の埋め込みがなされる。これにより、生体組織との関係において実際のサンプルゲートと同様の位置及び大きさで（あるいは一定の変換率で）ゲートマーカーを三次元空間内に形成できる。その場合、表現方法が選択され（１３０）、円柱としてのゲートマーカーを、単なる外形ラインだけのオブジェクトとするか、表面が塗り潰された中空のオブジェクトとするか、あるいは、有意なボクセル値が中身に詰まった中実のオブジェクトとするか、が選択される。つまり、表現方法が選択される（１３０）。
【００６８】
なお、ドプラビーム方位は、円柱の中心軸に一致し、それ故、ドプラビーム方位は三次元空間内における円柱の姿勢を特定する。円柱の中心位置の三次元座標は、ドプラビーム方位上において、サンプルゲート中心位置の深さから特定される。よって、それらの情報に代えて、直接的に、円柱の中心位置の座標と円柱の三次元傾き角度とを与えるようにしてもよい（１３６）。ゲートマーカー及びその他のオブジェクトについてはカラーコーディング（１３４）によってカラーデータとして取り扱うようにしてもよい。図６に示した例では、ゲート形状の生成後にそれを三次元空間に適応させているが、上記のように、三次元空間座標系の下でゲートマーカーを直接生成することも可能である。
【００６９】
次に、図７乃至図１０を用いてゲート形状の他の例について説明する。図７の（Ａ）には、２つの円錐を底面でつなげた形状が示され、図７の（Ｂ）には細長の楕円球が示されている。ここで、ｌはゲート長に応じて変化し、ｒはビーム太さに応じて変化する。
【００７０】
図８には、ゲート深さに応じてゲート形状のパターンを切り換える変形例が示されている。（Ａ）には、ゲート深さが送信フォーカス深さよりも浅い場合を示し、この例では上部（プローブ側）に向かって太くなった略円錐の形状となっている。上面の半径がｒ１で下面の半径がｒ２であって、ｒ１＞ｒ２の関係となっている。（Ｂ）には、ゲート深さが送信フォーカス深さに近い場合が示され、この例では円柱の形状となっている。つまり、ｒ１＝ｒ２である。（Ｃ）には、ゲート深さが送信フォーカス深さよりも遠い場合が示され、この例では上部が先細の略円錐となっている。つまり、ｒ１＜ｒ２である。このように、ゲート深さと送信フォーカス深さとの位置的関係によって形状パターンを切り換えれば、ゲートマーカーの表示態様から、ゲート深さと送信フォーカスとの位置的関係を直感的に認識できる。
【００７１】
図９に示す例では、（Ａ）及び（Ｂ）ともに中央がくびれた形状となっており、（Ａ）は円弧状のくびれ形状を示し、（Ｂ）は「く」の字のようなくびれ形状を示す。上面の半径はｒ３であり、中間部の半径はｒ４であり、下面の半径はｒ５である。ここではｒ３＝ｒ５＞ｒ４の関係がある。図１０の（Ａ）にはシンプルな角柱が示され、その横断面における一辺の長さはｒ６である。（Ｂ）には２つの四角錐を底面で接合したような形状が示されている。その底面の長さはｒ７である。一般に、多角形（特に矩形）の形状の方が円形の形状よりも形状演算が容易かつ迅速であるので、図１０に示す構成例は実用的価値がある。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明に係る実施形態の原理を説明するための概念図である。
【図２】本実施形態に係る超音波診断装置の全体構成を示すブロック図である。
【図３】表示の一例を示す図である。
【図４】表示の他の例を示す図である。
【図５】ゲートマーカーとしての円柱を示す図である。
【図６】ゲートマーカーの生成プロセスを説明するための図である。
【図７】ゲートマーカーの他の例を示す図である。
【図８】ゲートマーカーの形状パターンの切り換えを説明する図である。
【図９】くびれ形状をもったゲートマーカーを示す図である。
【図１０】断面矩形のゲートマーカーを示す図である。
【符号の説明】
【００７３】
１０  ３Ｄ超音波データ、１６  ３Ｄグラフィックデータ、３０  ３Ｄ画像、４８  ３Ｄグラフィックデータ生成部、４９  ゲート形状生成部、５８  合成演算部、６４  レンダリング部、６６  ドプラ演算部、６８  表示処理部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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